一种三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法,为了实现无功和负序的补偿，针对三相四开关功率变流器的电压外环控制，提出了一种2次纹波消除器，能够消除直流侧电压跟踪误差中的2次纹波，避免系统的3次谐波输出；针对直流侧两电容的均压控制，提出了一种基次纹波消除器，能够消除两电容电压差中的基次纹波，实现装置的正常稳定运行；针对三相四开关功率变流器的电流内环控制，提出了一种PR反馈控制+前馈控制的集成控制方法，实现输出电流的快速跟踪，有效提高了系统的动态控制性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了,为了实现无功和负序的补偿，针对三相四开关功率变流器的电压外环控制，提出了一种2次纹波消除器，能够消除直流侧电压跟踪误差中的2次纹波，避免系统的3次谐波输出；针对直流侧两电容的均压控制，提出了一种基次纹波消除器，能够消除两电容电压差中的基次纹波，实现装置的正常稳定运行；针对三相四开关功率变流器的电流内环控制，提出了一种PR反馈控制+前馈控制的集成控制方法，实现输出电流的快速跟踪，有效提高了系统的动态控制性能。【专利说明】
本专利技术涉及负序、无功补偿及其控制方法领域，特别是。
技术介绍
随着社会工业的发展，铁路交通，矿山冶金和石油石化行业中不平衡负荷的投运，会产生大量的无功和负序电流，给电力系统中的发电、输电和变电设备的运行带来严重危害，增加系统的损耗，降低变压器出力等，严重影响电力系统的安全经济运行。尤其是高速铁路中的机车负载，由于其特殊的单相牵引机构会产生大量的负序电流，严重影响电力系统的安全可靠运行。因此，必须采取有效措施抑制不平衡负荷产生的无功和负序电流等电能质量问题。针对上述的无功、负序等问题，国内外学者已进行了一定的研究。有学者提出采用安装无源滤波器(Passive Power Filter, PPF)来进行无功功率的静态补偿,结构简单，但是其无法动态调节，同时容易与电网产生串并联谐振。为此，有学者又提出了静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC),它是由大容量的固定电容器和晶闸管控制电感器组成，可以通过动态调节晶闸管的触发角来实现无常的动态补偿，但是其会产生大量的谐波电流，影响电网的安全运行。近年来，一些全控制型的柔性变流装置如静止无功发生器(Static Compensator, STATC0M)和动态电压调节器(Dynamic Voltage Regulator, DVR)等被安装工业现场来进行无功和负序的动态补偿，并能消除谐波输出，提高电力系统的电能质量。针对低压功率补偿场合，三相补偿装置一般用采用普通的三相两电平逆变器结构。然而该种全空型三相变流器采用三个开关臂，功率器件较多，成本高。为此，为了降低无功和负序补偿器的成本，在此基础上，有学者研究了一种三相四开关功率变流器。该补偿器保留了三相逆变器的性能，在减少功率开关器件数量的同时不增加功率器件的电压电流等级。该装置仅采用两个开关臂和一组串联电容组成一个三相逆变器，与普通三相逆变器相t匕，结构上更为精简。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供，计算三相四开关功率变流器的两占空比信号，然后通过采用相应的PWM调制方法驱动开关管以获得期望的补偿电流，提高三相四开关功率变流器的输出电流质量，保障三相四开关功率变流器稳定、可靠地运行。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:，三相四开关功率变流器包括三相四开关逆变器；三相四开关逆变器包括两个并联的开关臂，所述开关臂包括两个串联的开关管，三相四开关逆变器的直流侧包括两个串联的电容，所述直流侧与所述开关臂并联；所述三相四开关逆变器的每个开关臂、直流侧各通过一个输出滤波电感与三相电网连接，该方法为:I)将三相四开关逆变器直流侧参考电压Uref与检测到的直流侧电压ud。相减，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差A udc ；2)将直流侧电压跟踪误差A Udc送入2次纹波消除器，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差的直流分量A E，然后经过PI控制器的调节处理后输出直流侧电压跟踪误差的调节指令Im ；3)将调节指令Im分别乘以三相四开关逆变器两开关臂的电压同步信号^和syb，得到三相四开关功率变流器两开关臂的调压指令信号ida、idb:【权利要求】1.，三相四开关功率变流器包括三相四开关逆变器；三相四开关逆变器包括两个并联的开关臂，所述开关臂包括两个串联的开关管，三相四开关逆变器的直流侧包括两个串联的电容，所述直流侧与所述开关臂并联；所述三相四开关逆变器的每个开关臂、直流侧各通过一个输出滤波电感与三相电网连接，其特征在于，该方法为: 1)将三相四开关逆变器直流侧参考电压Uref与检测到的直流侧电压ud。相减，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差Λ udc ； 2)将直流侧电压跟踪误差Λudc送入2次纹波消除器，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差的直流分量Λ Ε，然后经过PI控制器的调节处理后输出直流侧电压跟踪误差的调节指令Im ; 3)将调节指令Im分别乘以三相四开关逆变器两开关臂的电压同步信号sya和syb，得到三相四开关功率变流器两开关臂的调压指令信号ida、idb: 2.根据权利要求1所述的三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差的直流分量A E的计算公式为: 3.根据权利要求2所述的三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，三相四开关逆变器直流侧两电容电压差的直流误差A e的计算公式为:【文档编号】H02M7/5387GK103427700SQ201310392197【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日 【专利技术者】罗安, 马伏军, 刘月华, 熊桥坡, 何志兴, 周娟 申请人:湖南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法，三相四开关功率变流器包括三相四开关逆变器；三相四开关逆变器包括两个并联的开关臂，所述开关臂包括两个串联的开关管，三相四开关逆变器的直流侧包括两个串联的电容，所述直流侧与所述开关臂并联；所述三相四开关逆变器的每个开关臂、直流侧各通过一个输出滤波电感与三相电网连接，其特征在于，该方法为：1）将三相四开关逆变器直流侧参考电压Uref与检测到的直流侧电压udc相减，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差△udc；2）将直流侧电压跟踪误差△udc送入2次纹波消除器，得到三相四开关逆变器直流侧电压跟踪误差的直流分量△E，然后经过PI控制器的调节处理后输出直流侧电压跟踪误差的调节指令IM；3）将调节指令IM分别乘以三相四开关逆变器两开关臂的电压同步信号sya和syb，得到三相四开关功率变流器两开关臂的调压指令信号ida、idb：ida=IM*syaidb=IM*syb;4）检测三相四开关逆变器直流侧两电容的电压差△u，然后将△u送入基次纹波消除器，得到三相四开关逆变器直流侧两电容电压差的直流误差△e；5）将两电容电压差的直流误差△e送入PI控制器，得到三相四开关逆变器直流侧两个电容的均压调制指令△In；6）根据调压指令信号ida、idb，均压调制指令△In以及无功和负序参考补偿信号和得到电流内环的总参考指令电流信号iar、ibr：iar=iCar+ida+ΔInibr=iCbr+idb+ΔIn;7）将电流内环的总参考指令电流信号iar和ibr分别减去检测到的三相四开关逆 变器两开关臂的输出电流信号iCa和iCb，得到电流误差信号ea和eb；8）将电流误差信号ea和eb分别送入电流内环PR控制器，得到三相四开关逆变器的动态调节信号△da和△db；9）根据前馈控制环节，求得三相四开关逆变器稳定时两开关臂的期望占空比信号da1和db1分别为：da1=vSacudc-2LudcdiCardt-LudcdiCbrdt+12=vSac-2uLar-uLbrudc+12db1=vSbcudc-LudcdiCardt-2LudcdiCbrdt+12=vSbc-uLar-2uLbrudc+12;其中，vSac和vSbc为三相电网的线电压，L为输出滤波电感值，和为三相四开关逆变器稳态时输出滤波电感的期望基波电压；10）根据三相四开关逆变器的动态调节信号△da和△db，以及三相四开关逆变器稳定时两开关臂的期望占空比信号da1和db1，计算出三相四开关逆变器的两开关臂的总占空比信号da和db：da=Δda+da1db=Δdb+db1;11）根据三相四开关逆变器两开关臂的总占空比信号da和db，通过PWM环节，得到三相四开关逆变器的开关管驱动信号，驱动开关管输出期望的电压和电流信号。FDA0000375953980000012.jpg,FDA0000375953980000013.jpg,FDA0000375953980000024.jpg,FDA0000375953980000025.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，马伏军，刘月华，熊桥坡，何志兴，周娟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：